喻李葵，余雷模，馬衛(wèi)武，何列波，李立清，張翼，張泠

?

鐵路客運站候車廳冬季供暖系統(tǒng)優(yōu)化分析

喻李葵1，余雷模1，馬衛(wèi)武1，何列波2，李立清1，張翼1，張泠3

(1. 中南大學能源科學與工程學院，湖南長沙，410083；2. 深圳市建筑設計研究總院有限公司，廣東深圳，518031；3. 湖南大學土木工程學院，湖南長沙，410082)

建立鐵路客運站候車廳的數(shù)學物理模型，并采用實測數(shù)據(jù)對物理模型進行驗證；運用數(shù)值模擬的方法，對比分析候車廳冬季最不利工況下，采用分層空調、地板輻射結合噴口送風和地板輻射結合通風柱送風共3種供暖方案下候車廳的室內熱舒適性和空氣品質。研究結果表明：單獨使用分層空調系統(tǒng)時，候車廳室內出現(xiàn)了嚴重的“熱氣上浮”現(xiàn)象，非空調區(qū)域囤積有大量熱量，難以滿足室內舒適性要求，并造成能源的大量浪費；采用輻射地板與送風相結合的供暖系統(tǒng)，能得到較均勻的溫度場分布，人員活動區(qū)垂直方向溫差較小，有利于改善冬季空調“頭暖腳涼”的不舒適感，并且大大減少了因對流換熱造成的熱損失，其供暖能耗可降低20%左右。

鐵路客運站；熱舒適性；地板供暖；分層空調；室內空氣品質

鐵路客運站作為一類特殊的大型公共建筑，是一個國家交通運輸能力的標志，其候車廳客流量大，散熱量大，變化頻繁，并且旅客對舒適性的要求愈加嚴 格[1?2]。據(jù)有關資料顯示，空調/供暖能耗占鐵路客運站總能耗的60%~80%[3?4]。目前分層空調[5?8]技術廣泛應用于各類高大空間建筑中，然而，在實際冬季供暖時，由于室內外溫差大，受浮升力影響容易出現(xiàn)“熱氣上浮，冷氣下墜”[9]現(xiàn)象，空調送風未能充分發(fā)展到人員活動區(qū)就已上浮到上部非空調區(qū)，不僅難以滿足室內舒適性要求，而且造成巨大的能源浪費。鐵路客運站候車廳通常為高大空間[10](空間體積≥10 000 m3，層高≥10 m)，由于其頂棚高、空間體積大、使用區(qū)域在整個空間所占比例小以及外墻所占比例大等特點[10]，在其內部空間對流、輻射、傳導等傳熱現(xiàn)象耦合而形成復雜流場和溫度場。高大空間不同的區(qū)域對氣流組織要求不同，對鐵路客運站候車廳氣流組織設計而言，其難點就在于如何確定合理的氣流組織形式從而快速、準確地預測室內的空氣分布情況。本文作者采用計算流體動力學(CFD)方法對分層空調、地板輻射結合噴口送風和地板輻射結合通風柱送風3種供暖系統(tǒng)下的高鐵站候車廳室內熱舒適環(huán)境進行研究，以期得到合理的氣流組織，使整個工作區(qū)的滿足冬季人體熱舒適要求，并降低冬季供暖系統(tǒng)的能耗。

1 模型的建立與驗證

選取已投入運行的某高鐵站候車廳為研究對象，并且在火車站工作人員的幫助下，通過實地測量獲得了該候車廳尺寸參數(shù)以及空調系統(tǒng)運行參數(shù)。該高鐵站是一座集候車、售票、餐飲、辦公于一體的現(xiàn)代化大型鐵路客運站，主體部分包括位于2樓的候車廳和上下樓層貫通的進站大廳。該候車廳長190.0 m，寬137.5 m，屬于典型的高大空間建筑。由于候車廳屋頂為拱形，為了方便建模計算，根據(jù)等體積轉換原則，將拱形屋頂簡化為平面屋頂，其高度約18.0 m。運用CFD仿真軟件建立物理模型時僅選取該候車廳的1/4為研究對象，旨在細化模型網格提高模擬結果精度，相關模型參數(shù)見表1。圖1所示為火車站候車廳平面圖，圖2所示為候車廳物理模型。

表1 物理模型參數(shù)條件相關數(shù)據(jù)

單位：mm

1—噴口；2—回風口；3—進站口；4—人體模型；5—通風柱；6—送風口；7—回風口

2012?02?27和2012?03?01 T9:15—12:00對候車廳距地面0.5和1.5 m水平面測試點的空氣溫度、速度進行測量。測點布置沿方向距離分別為2，5，10，13，18，23，28，33，38，43，48，53，58，63和68m，沿方向為20，41，67和90 m。實驗儀器選取通風與氣流專用測試儀(型號為SwemaAir300，環(huán)境操作溫度范圍為0~50 ℃，溫度測試范圍為?20~60 ℃，精度為?0.3~0.3 ℃)。在測試過程中，為了提高實驗測試的準確度，對同一測試點取5次測量的平均值。利用所得的數(shù)據(jù)得到CFD模型的邊界條件，然后將實測結果與CFD模擬結果對比來確定CFD模型的合理性。圖3所示為實驗測試溫度與模擬溫度對比。

(a) X=20.0 m, Y=0.5 m; (b) X=41.0 m, Y=0.5 m; (c) X=67.0 m, Y=0.5 m; (d) X=20.0 m, Y=1.5 m; (e) X=41.0 m, Y=1.5 m; (f) X=67.0 m, Y=1.5 m

從現(xiàn)場測試結果和CFD計算結果對比分析可以看出：除個別測點存在較大的誤差外，其余部分的CFD模擬值與測試值吻合度較高，從而證明了CFD方法模擬室內氣流分布的準確性。在測試過程中，由于通風與氣流專用測試儀風速測量精度較高(?0.03~0.03 m/s)，且受實驗測試條件的限制，人為操作時容易造成較大誤差，另外候車廳旅客流動性大，形成的風速擾動非常明顯，因此，在實驗中所測得的風速僅供參考，本文不進行對比分析。

2 數(shù)值模擬研究

首先對候車廳原有的分層空調系統(tǒng)在冬季供暖工況最不利情況進行CFD模擬研究，得到該工況下分層空調系統(tǒng)氣流組織特點，并對該空調方案舒適性與能耗性進行分析。然后以改善室內熱舒適性和降低空調能耗為出發(fā)點，在分層空調系統(tǒng)的基礎上，對候車廳供暖系統(tǒng)進行改進，增加地板輻射供暖系統(tǒng)，并對分層空調送風參數(shù)進行適當修改。具體參數(shù)設置如表2所示。

表2 不同供暖系統(tǒng)參數(shù)設置

本文所提出的2種改進方案主要是為了在冬季室外氣候條件惡劣時改善候車室熱環(huán)境以及降低空調能耗。上述2種供暖改進方案都是輻射地板供暖系統(tǒng)引入噴口送風系統(tǒng)，旨在克服輻射地板供暖常出現(xiàn)的室內空氣品質不佳現(xiàn)象和分層空調供暖容易出現(xiàn)的“熱氣上浮”現(xiàn)象。這2種改進方案通過輻射地板供熱降低噴口送風與人員活動區(qū)之間的溫差，以減小空調送風熱氣上浮速度[11?12]，改善室內空氣質量及克服輻射地板預熱時間長[13]等問題。在改善方案中輻射地板承擔室內大部分熱負荷，通風柱與噴口送風只承擔室內小部分空調熱負荷以及室內人員的全部新風負荷。

2.1 溫度場分析

分層空調冬季供暖工況沿方向溫度曲線如圖4所示。從圖4可以看出：在同一高度沿水平方向存在較大的溫度波動，對比2種不同高度與溫度的關系曲線可以發(fā)現(xiàn)，由于冷熱氣流溫差較大，靠近地面附近形成明顯的溫度波動，同一方向最大溫差將近9 ℃。受噴口與通風柱送風影響，在10~30 m與45~55 m之間溫度相對較高，其他區(qū)域無熱源及送風影響，容易出現(xiàn)溫度低谷。=0.1 m高度處溫度主要分布在9~16 ℃之間，=1.1 m高度處溫度主要分布在14~17.6 ℃之間，平均溫差為3.5 ℃，超過規(guī)范中溫差≤3.0 ℃的舒適性要求，說明分層空調系統(tǒng)在冬季最不利情況運行時人員活動區(qū)垂直方向存在較大的溫差，容易使人產生“頭暖腳涼”的不舒適感。

(a) X=37 m；(b) X=48 m

地板輻射系統(tǒng)冬季供暖工況沿方向溫度曲線如圖5所示。從圖5(a)和5(b)可以看出：在同一水平面沿Z軸方向溫度變化平緩，受人體散熱及噴口送風影響，在旅客候車區(qū)溫度高于其他區(qū)域的溫度，但最大溫差不超過1 ℃，溫度范圍在17.2~17.8 ℃之間，說明整個候車室的室內溫度分布均勻，在此溫度范圍內，也是人體感覺熱舒適的理想值。在垂直方向上，2個不同水平面平均溫差也不超過0.4 ℃，滿足規(guī)范溫差≤3.0 ℃的舒適性要求。從圖5(c)和5(d)可以看出：地板輻射結合通風柱送風系統(tǒng)中同一位置垂直方向上平均溫差均不超過0.7 ℃，不會產生“頭暖腳涼”的不舒適感。在同一水平面沿Z軸方向溫度變化比地板輻射結合噴口送風系統(tǒng)明顯，最大溫差將近3 ℃，主要表現(xiàn)在旅客休息區(qū)和排隊候車區(qū)。這主要是因為地板輻射結合通風柱送風系統(tǒng)中，通風柱送風風速相對較低，影響范圍較小，結合冷空氣沿排隊候車區(qū)外墻壁面下墜至人員活動區(qū)的影響，排隊候車區(qū)溫度低于其他區(qū)域的溫度。

(a) 結合噴口送風系統(tǒng)X=25.0 m；(b) 結合噴口送風系統(tǒng)X=46.2 m；(c) 結合通風柱送風系統(tǒng)X=25.0 m；(d) 結合通風柱送風系統(tǒng)X=46.2 m

地板輻射系統(tǒng)冬季供暖工況沿方向溫度曲線如圖6所示。從圖6(a)和6(b)可以看出：在垂直方向上，隨著高度的增加溫度逐漸降低，最大溫差將近2 ℃，說明地板輻射結合噴口送風系統(tǒng)在垂直方向上存在一定的溫度分層。沿噴口送風方向，溫度變化趨勢在不同高度處存在差別。在靠近噴口處垂直方向溫差較小，這主要是由于噴口送風卷吸周圍空氣所形成的擾動，使得噴口射程范圍內上部非空調區(qū)不斷與空調區(qū)進行熱交換，導致該區(qū)域垂直方向上溫度變化較小。因此，圖6(a)中溫度分布曲線=44 m溫度變化要大于=24 m的溫度變化，而圖6(b)中由于噴口影響較小兩曲線偏差較小。從圖6(c)和6(d)可以看出：在地板輻射結合通風柱送風系統(tǒng)中，高度不同的沿坐標的溫度變化曲線出現(xiàn)明顯不同。地板輻射結合噴口送風系統(tǒng)在垂直方向沒有形成很好的分層效果，由于通風柱送風風速相對較低，氣流隔斷效果不理想，加上送風的卷吸作用，使得非空調區(qū)與空調區(qū)存在較大的熱交換，從而導致垂直方向無明顯溫度分層。從圖6(c)可見：坐標為=52 m，=3 m和=44 m的點在通風柱的送風口附近，因此，該處溫度明顯偏高。在=52 m垂直平面上不同的溫度也存在較大偏差，說明在地板輻射結合通風柱送風系統(tǒng)中，候車廳室內溫度波動較地板輻射結合噴口送風系統(tǒng)的溫度波動明顯。

(a) 結合噴口送風系統(tǒng)X=52 m；(b) 結合噴口送風系統(tǒng)X=86 m；(c) 結合通風柱送風系統(tǒng)X=52 m；(d) 結合通風柱送風系統(tǒng)X=86 m

2.2 速度場分析

分層空調冬季供暖工況水平面速度云圖如圖7所示。從圖7(a)可以看出：在人員休息區(qū)風速基本分布在0.05~0.35 m/s之間。噴口與通風柱附近由于送風風速較高，部分人員活動區(qū)風速略大于規(guī)范值0.3 m/s，使得休息區(qū)的旅客有明顯的吹風感。從圖7(b)可見：在排隊候車區(qū)域，受噴口送風的影響，局部區(qū)域風速達到1 m/s左右，具有較強的吹風感，難以滿足人體舒適度的要求；在=1.1 m平面，候車廳風速明顯高于=0.1 m平面風速，部分區(qū)域的風速甚至達到了1.2 m/s，這也說明受熱氣上浮影響，在地面附近風速明顯偏低。

(a) Y=0.1 m ; (b) Y=1.1 m

地板輻射冬季供暖工況水平面速度云圖如圖8所示。從圖8(a)可看出：在=1.1 m平面上噴口送風到達的地方以及回風口附近，氣流速度將近1.2 m/s，由于噴口送風氣流衰減速度較快，在旅客休息區(qū)氣流速度在0.03~0.2 m/s之間，地板輻射結合噴口送風系統(tǒng)符合冬季室內設計風速要求。從圖8(b)可看出：受通風柱送風影響，在候車廳中部與通風柱之間旅客休息區(qū)風速稍微偏高，局部區(qū)域達到了1.2 m/s。在排隊候車區(qū)與通風柱之間旅客休息區(qū)風速適宜，基本維持在0.15 m/s左右；在排隊候車區(qū)出現(xiàn)氣流旋渦，旋渦區(qū)最高風速為0.4 m/s，這些氣流旋渦是受外壁面冷氣下墜與通風柱送風共同影響形成的。旋渦可以加速冷熱氣流熱交換，這也是引起排隊候車區(qū)溫度偏低的原因。

(a) 結合噴口送風系統(tǒng)，Y=1.1 m；(b) 結合通風柱送風系統(tǒng)，Y=1.1 m

2.3 舒適性分析

為了更好地分析候車廳的舒適性，選取1個典型水平截面(=1.1 m)，對比分析分層空調系統(tǒng)以及2種改進供暖方案的熱舒適的評價指標(PMV-PPD)。不同供暖工況=1.1 m水平面預測平均投票數(shù)(P)和預測不滿意百分數(shù)(D)云圖如圖9所示。

(a) 分層空調系統(tǒng)VP云圖；(b)地板輻射結合噴口送風系統(tǒng)VP云圖；(c) 地板輻射結合通風柱送風系統(tǒng)VP云圖；(d) 分層空調系統(tǒng)PD云圖；(e)地板輻射結合噴口送風系統(tǒng)PD云圖；(f)地板輻射結合通風柱送風系統(tǒng)PD云圖

從圖9(a)和9(d)可看出：在分層空調供暖系統(tǒng)中候車廳大部分區(qū)域都偏冷。=1.1 m平面P在?2.8~?0.2之間，平均值為?1.32，D在5%~64%之間，平均值為36.7%，與舒適標準?0.5≤P≤0.5、D≤10%[14?15]相比存在較大偏差，只有部分區(qū)域達到了舒適性要求。由于噴口送風風速較高，排隊候車區(qū)具有明顯吹風感，該區(qū)域P和D嚴重偏離舒適性標準。從圖9(b)和9(e)可看出：在地板輻射結合噴口送風系統(tǒng)中，整個候車廳基本能達到室內舒適性要求。在人員活動區(qū)P的范圍是?0.9~?0.2，平均值為?0.413，D在6.2%~25.4%之間，平均值為10.3%。在靠近噴口側的人員休息區(qū)P較低，D較高，主要是由于噴口送風與水平面夾角為?15°，且送風風速較高，使得人體活動區(qū)有明顯吹風感，導致2個評價指標稍微偏離舒適標準，但是可以通過改變送風角度和風速來克服這種不舒適感。從圖9(c)和9(f)可看出：整個候車廳也基本能達到室內舒適性要求。在人員活動區(qū)P的范圍為?0.85~?0.25，平均值為?0.55；D基本維持在5.3%~22.7%之間，平均值為12.6%。在靠近噴口側的人員休息區(qū)P較低，D較高，主要是由于通風柱送風風速較低，垂直方向未能形成良好的氣流隔斷效果，且受排隊候車區(qū)外壁面影響，非空調區(qū)冷氣流沿壁面下墜至空調區(qū)，導致2個評價指標略偏離舒適標準。從上述3種空調方案的P和D云圖來看，分層空調系統(tǒng)在冬季最不利情況難以達到室內舒適性要求，大部分區(qū)域偏冷；而在2種改善方案中，除排隊候車區(qū)外，人員活動區(qū)基本能滿足室內舒適性要求。

2.4 能耗分析

2.4.1 空調熱負荷對比分析

輻射地板綜合傳熱量[16]的計算公式如下：

式中：為綜合傳熱量，W/m2；f為輻射傳熱量，W/m2；d為對流傳熱量，W/m2；為輻射地板表面平均溫度，K；為室內溫度，K；為非輻射表面平均溫度，K。

噴口送入一定經處理的空氣，消除室內負荷后經回風口排出室內，回風狀態(tài)變化到室內狀態(tài)，且假設房間內溫濕度均勻，排出房間的空氣參數(shù)即為室內空氣參數(shù)。即送入的熱量可按下式計算：

式中：s為送入房間的風量，kg/s；p為空氣比定壓熱容，kJ/(kg·℃)；為室內設計溫度，℃；為送風溫度，℃。

采用數(shù)值模擬計算邊界條件，結合式(1)和(2)，得出分層空調系統(tǒng)與改善方案的空調熱負荷如表3所示。

表3 不同供暖系統(tǒng)傳熱量對比

2.4.2空調風機能耗

風機能耗計算以GB 50189—2005“公共建筑節(jié)能設計標準”為依據(jù)，風機單位風量耗功率s計算標準按商業(yè)、旅館建筑不大于0.62 W/(m3·h)考慮，可由下式計算：

結合式(3)，分析不同空調系統(tǒng)方案，得出分層空調與改善方案的風機能耗，如表4所示。

表4 不同供暖系統(tǒng)的風機能耗對比

由表3可看出：2種改善方案的空調熱負荷均比分層空調系統(tǒng)的低。假設上述3種供暖方案的性能系數(shù)(COP)相等，2種改善空調方案分別可降低空調能耗20.5%和17.5%。由表3和表4可以看出：2種改善方案不僅能降低空調系統(tǒng)能耗，而且能獲得更好的室內熱環(huán)境。2種改善方案由于只開啟噴口或通風柱，空調風機能耗均小于分層空調系統(tǒng)能源，其中地板輻射結合噴口送風系統(tǒng)空調風機能耗比地板輻射結合通風柱送風系統(tǒng)的低。

3 結論

1) 候車廳采用單一的分層空調系統(tǒng)進行供暖，在冬季最不利氣候條件運行時，噴口送風與通風柱送風出現(xiàn)嚴重“熱氣上浮”現(xiàn)象，沒有形成良好的氣流隔斷效果。人員活動區(qū)溫度偏低，難以滿足室內舒適性要求，且上部非空調區(qū)域囤積有大量熱量。

2) 采用輻射地板結合噴口送風或通風柱送風，其空調能耗可降低20%左右，這2種改善方案均能獲得更好的熱舒適環(huán)境。采用輻射地板與送風系統(tǒng)相結合的供暖系統(tǒng)，在水平面上能得到較均勻的溫度場分布。人員活動區(qū)垂直方向溫差較小，這有利于克服冬季空調“頭暖腳涼”的不舒適感，并結合降低空調送風溫度和加大送風速度，能使噴口和通風柱送風形成良好的氣流隔斷效果，大大減少了因對流換熱造成的熱損失。

3) 輻射地板結合通風柱送風供暖系統(tǒng)，能有效改善候車廳旅客休息區(qū)熱舒適性。由于送風范圍有限，排隊候車區(qū)熱環(huán)境難以達到熱舒適性要求；輻射地板結合噴口送風供暖系統(tǒng)，在垂直方向能形成更好的氣流隔斷效果，有利于垂直方向的溫度分層，但應用在大跨度的高大空間時，由于噴口送風范圍有限，在空間中部熱環(huán)境難以達到熱舒適性要求。

[1] 馬衛(wèi)武, 劉小燕, 李立清, 等.鐵路客運站旅客候車時間研究[J]. 鐵道學報, 2009, 31(5): 104?107. MA Weiwu, LIU Xiaoyan, LI Liqing, et al. Research of waiting time of passengers at railway stations[J]. Journal of the China Railway Society, 2009, 31(5): 104?107.

[2] 李立清, 劉小燕, 馬衛(wèi)武, 等.客流量對鐵路客運站候車室新風量的影響[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2010, 41(6): 2412?2418. LI Liqing, LIU Xiaoyan, MA Weiwu, et al. Effects of passenger flow on flesh air volume in waiting room at railway station[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2010, 41(6): 2412?2418.

[3] 李立清, 馬衛(wèi)武, 陳治亞. 現(xiàn)代鐵路客運站能耗因素分析和節(jié)能對策研究[M]. 中國鐵道出版社, 2010: 1?2. LI Liqing, MA Weiwu, CHEN Zhiya. Analysis the factors of energy consumption and countermeasures study of energy saving at modern passenger railway station[M]. China Railway Publishing House, 2010: 1?2.

[4] 馬衛(wèi)武. 鐵路客運站候車環(huán)境與能耗研究[D]. 長沙: 中南大學能源科學與工程學院, 2009: 1?3. MA Weiwu. Research on waiting environment and energy consumption at the passenger railway station[D]. Changsha: Central South University. School of Energy Science and Engineering, 2009: 1?3.

[5] LI Qiong, Yoshino H, Mochida A, et al. CFD study of the thermal environment in an air-conditioned train station building[J]. Building and Environment, 2009, 44(7): 1452?1465.

[6] CHENG Yuanda, NIU Jianlei, GAO Naiping. Stratified air distribution systems in a large lecture theatre: A numerical method to optimize thermal comfort and maximize energy saving[J]. Energy and Buildings, 2012, 55: 515?525.

[7] WEI Bing, ZHANG Li. Simulation of indoor air flow fields in buildings with large interior spaces with stratified air conditioning and perforated side wall diffusers[C]// ASME 2010 4th International Conference on Energy Sustainability. Phoenix, Arizona, USA. 2010: 385?390.

[8] Hung I, Lin H T, Wang Y C. A study on the performance of stratified air conditioning design in assembly halls: A case study at the Dazhi cultural center in Taiwan[J]. Applied Mechanics and Materials, 2013, 368: 599?602.

[9] 楊露露, 何天祺. 三峽電站主廠房分層空調冬季工況模型試驗[J]. 重慶大學學報(自然科學版), 2002, 25(8): 88?91. YANG Lulu, HE Tianqi. Analysis of the model experiment of stratificated air-conditioning in winter condition in the powerhouse of three-gorges hydropower station[J]. Journal of Chongqing University (Natural Sciecne Edition), 2002, 25(8): 88?91.

[10] 馬衛(wèi)武, 孫政, 周謙, 等.夏熱冬冷地區(qū)客運站候車室夏季熱舒適性[J]. 土木建筑與環(huán)境工程, 2009, 31(5): 100?105. MA Weiwu, SUN Zheng, ZHOU Qian, et al. Thermal comfort analysis in departure lounge at railway station in hot summer and cold winter zone[J]. Journal of Civil, Architectural & Environmental Engineering, 2009, 31(5): 100?105.

[11] 張東亮, 王子介, 張旭, 等.干式地板輻射供暖系統(tǒng)實驗研究[J]. 太陽能學報, 2010, 31(7): 834?838. ZHANG Dongliang, WANG Zijie, ZHANG Xu, et al. Experimental study on dry model radiant floor heating system[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2010, 31(7): 834?838.

[12] LU Shikui, ZHANG Xiaosong. Thermal comfort assessment and energy consumption analysis of ground-source heat pump system combined with radiant heating/cooling[J]. Journal of Southeast University (English Edition), 2012, 28(1): 52?57.

[13] 張于峰, 郝斌, 謝慧, 等.熱管地板輻射供暖的特性[J]. 天津大學學報, 2007, 40(10): 1209?1214. ZHANG Yufeng, HAO Bin, XIE Hui, et al. Thermal performance of thermosyphon-embedded floor heating[J]. Journal of Tianjin University, 2007, 40(10): 1209?1214.

[14] 許景峰. 淺談PMV方程的適用范圍[J]. 重慶建筑大學學報, 2005, 27(3): 13?18. XU Jingfeng. Discussion on the application range of the PMV equation[J]. Journal of Chongqing Jianzhu University, 2005, 27(3): 13?18.

[15] 巨永平, 馬九賢. 氣流運動及其與熱舒適關系研究的進展與評述[J]. 暖通空調, 1999, 29(4): 27?30. JU Yongping, MA Jiuxian. Evolution and evaluation of research in room airflow and human thermal comfort[J]. Heating, Ventilating & Air Conditioning, 1999, 29(4): 27?30.

[16] Ouyang K, Haghighat F. Procedure for calculating thermal response factors of multi-layer walls: State space method[J]. Building and Environment, 1991, 26(2): 173?177.

Optimization of radiation floor system and stratified air conditioning system in winter heating mode at passenger railway station

YU Likui1, YU Leimu1, MA Weiwu1, HE Liebo2, LI Liqing1, ZHANG Yi1, ZHANGLing3

(1. School of Energy Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;2. Shenzhen General Institute of Architectural Design and Research Co. Ltd., Shenzhen 518031, China;3. College of Civil Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)

A mathematical physics model of a railway waiting room was established, which was confirmed by experimental data later. Numerical simulation was used to analyze indoor thermal comfort and air quality of the waiting room in theworstoperatingcondition in winter. Three different heating systems i.e., stratified air conditioning system, radiation floor heating system combined with ejector nozzle air supply and radiation floor heating system with artificial pillar air supply were researched. The results show that relatively hot air goes upward in stratified air conditioning system, which results in heat accumulation, uncomforting and enormous loss of energy. Combined with stratified air conditioning system, radiation floor heating system contributes to more uniform temperature field and less temperature difference in perpendiculardirection of occupied zone, which is beneficial to ameliorating the feeling of “warm feet and cool head”. Moreover, it can reduce the heat loss of heatconvection and decrease energy consumption of heating by 20 percent.

railway station; thermal comfort; radiation floor heating; stratified air conditioning; indoor air quality

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.05.044

TU832.5+2

A

1672?7207(2015)05?1900?09

2014?07?16；

2014?09?25

鐵道部科技研究開發(fā)重點項目(2007Z011)；國家自然科學基金資助項目(51178170)；中國博士后科學基金資助項目(2012M521557) (Project(2007Z011) supported by the Science and Technology Research and Development of Key Projects of Railway Ministry; Project(51178170) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2012M521557) supported by China Postdoctoral Science Foundation)

馬衛(wèi)武，博士，副教授，從事建筑節(jié)能研究；E-mail: maweiwu@csu.edu.cn

(編輯 羅金花)